專利名稱：溝槽的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種溝槽的形成方法。
技術(shù)背景在半導體制造工藝中，為在半導體襯底上形成所需形狀的溝槽(Trench), 可以采用刻蝕方法在半導體襯底中刻出所需位置、大小和深度的溝槽。形成 溝槽的方法有很多種， 一般比較常見的方法是圖案化一層掩膜層(比如光刻 膠層或者氮化硅層)，在需要形成溝槽的位置露出掩膜層下面的待刻蝕材料 層，然后以圖案化后保留的掩膜層為掩膜，刻蝕材料層至所需深度，形成溝 槽，最后去除掩膜層。在實際的工藝過程中，掩膜層也可以不止一層，所用材料、厚度和形成 方法可以多種多樣，這些主要根據(jù)實際使用需要而定。現(xiàn)有技術(shù)公開了 一種在快閃存儲器件制造過程中，在淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)結(jié)構(gòu)中形成子溝槽的方法。如圖l所示，在硅襯底100 中形成有STI溝槽，所述STT溝槽將硅襯底100分為有源區(qū)和隔離區(qū)，在硅襯 底100上有源區(qū)內(nèi)依次還形成有柵氧化層102和柵極層104。在STI溝槽中淀 積絕緣介質(zhì)層108,然后刻蝕掉一部分絕緣介質(zhì)層108,在STI溝槽內(nèi)絕緣介 質(zhì)層108被刻蝕掉的部分形成第一類溝槽110。如圖2所示，在柵極層104表面和第一類溝槽110中形成側(cè)墻層(Spacer layer) 112,所述側(cè)墻層112的材料為無定形碳、低介電常數(shù)材料或者氧化層 (如無摻雜硅玻璃)；去除STI溝槽中絕緣介質(zhì)層108上需要形成子溝槽的位 置處的部分側(cè)墻層112;以翻附在STI溝槽側(cè)壁處的部分側(cè)墻層112為掩膜， 刻蝕STI溝槽中的絕緣介質(zhì)層108至所需深度，形成子溝槽114;去除柵極層104表面和第一類溝槽110中的側(cè)墻層112,形成最終所需要的半導體結(jié)構(gòu)。在公開號為20080038899的美國專利申請中，還可以發(fā)現(xiàn)更多與上述技 術(shù)方案相關(guān)的信息。在現(xiàn)有技術(shù)中，所述側(cè)墻層還可以采用別的介質(zhì)層來組成，比如用氮化 硅和二氧化硅組成的雙層介質(zhì)層，所述二氧化硅層主要用作于增強氮化硅層 和STI溝槽側(cè)壁之間結(jié)合性的襯墊層?，F(xiàn)有的形成子溝槽的過程包括在柵極層104表面和第 一類溝槽110中形成 側(cè)墻層112、在側(cè)墻層112上定義出子溝槽114的形狀，再以側(cè)墻層112為掩膜， 刻蝕絕緣介質(zhì)層層108至所需深度形成子溝槽114,最后去除側(cè)墻層112,需要 淀積、光刻、刻蝕、濕法清洗等諸多步驟，使得整個半導體制造工藝步驟繁 多、所花費的時間較長，影響了整個半導體制造過程的效率。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問題是提供一種溝槽的形成方法，用以提高半導體制造過 程的效率，優(yōu)化工藝過程。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種溝槽的形成方法，包括提供第一類 溝槽，所述第一類溝槽形成于基底內(nèi)；刻蝕第一類溝槽中的基底，在刻蝕過 程中刻蝕氣體與基底發(fā)生反應，在第一類溝槽的兩側(cè)側(cè)壁處原位形成側(cè)墻； 以側(cè)墻為掩膜，繼續(xù)刻蝕基底至所需深度，形成第二類溝槽；去除所述側(cè)墻?？蛇x地，所述干法刻蝕氣體包括C4Fs、 C4F6、 C5F8、 CH2F2、 CsFk)或者其 任意組合?？蛇x地，所述干法刻蝕氣體還包括HBr、 N2或者Ar等輔助刻蝕氣體。 可選地，所述側(cè)墻的材料為聚合物，所述聚合物包含C、 F、 O和Si等元素?？蛇x地，所述聚合物的厚度為50~400埃。可選地，所述基底為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)填充物。 可選地，所述基底為層間介質(zhì)層?？蛇x地，所述去除側(cè)墻的方法為灰化法和濕法清洗法。 可選地，所述灰化氣體為氧氣?？蛇x地，所述形成第 一類溝槽的刻蝕溶液包括HF或者NH4F。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在整個溝槽的形成過程中，用 干法刻蝕法刻蝕第一類溝槽中的基底，在刻蝕過程中在第一類溝槽的兩側(cè)側(cè) 壁處由刻蝕氣體與基底的反應生成物原位形成作為刻蝕形成第二類溝槽的掩 膜側(cè)墻。本發(fā)明減少了半導體制造工藝步驟、縮短了整個溝槽的形成所花費 的時間，提高了整個半導體制造過程的效率，優(yōu)化了工藝過程。本發(fā)明采用包含C4Fg、 C4F6、 C5F8、 CH2F2、 (:^1()或者其任意組合的刻蝕 氣體，以形成第二類溝槽。在刻蝕溝槽的過程中，與基底發(fā)生反應原位形成 作為刻蝕形成第二類溝槽的掩膜側(cè)墻。本發(fā)明減少了半導體制造工藝步驟、 縮短了整個溝槽的形成所花費的時間，提高了整個半導體制造過程的效率， 優(yōu)化了工藝過程。
圖l至圖2是現(xiàn)有技術(shù)形成溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的一個實施例的形成溝槽的方法流程示意圖；圖4至圖8是本發(fā)明的一個實施例的形成溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9至圖13是本發(fā)明的另一個實施例的形成溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明在整個溝槽的形成過程中，用干法刻蝕法刻蝕第一類溝槽中的基底，在刻蝕過程中在第一類溝槽的兩側(cè)側(cè)壁處由刻蝕氣體與基底的反應生成 物原位形成作為刻蝕形成第二類溝槽的掩膜側(cè)墻。本發(fā)明減少了半導體制造 工藝步驟、縮短了整個溝槽的形成所花費的時間，提高了整個半導體制造過 程的效率，優(yōu)化了工藝過程。本發(fā)明采用包含C4Fs、 C4F6、 C5F8、 CH2F2、 (3^1()或者其任意組合的刻蝕 氣體，以形成第二類溝槽。在刻蝕溝槽的過程中，與基底發(fā)生反應原位形成 作為刻蝕形成第二類溝槽的掩膜側(cè)墻。本發(fā)明減少了半導體制造工藝步驟、 縮短了整個溝槽的形成所花費的時間，提高了整個半導體制造過程的效率， 優(yōu)化了工藝過程。下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本 發(fā)明的保護范圍。如圖3所示為本發(fā)明的一個實施例的形成溝槽的方法流程示意圖。如圖 3所示，包括執(zhí)行步驟S201,提供第一類溝槽，所述第一類溝槽形成于基底 內(nèi)；執(zhí)行步驟S202,刻蝕第一類溝槽中的基底，在刻蝕過程中刻蝕氣體與基 底發(fā)生反應，在第一類溝槽的兩側(cè)側(cè)壁處原位形成側(cè)墻；執(zhí)行步驟S203,以 側(cè)墻為掩膜，繼續(xù)刻蝕基底至所需深度，形成第二類溝槽；執(zhí)行步驟S204， 去除所述側(cè)墻。圖4至圖8是本發(fā)明的一個實施例的形成溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)用于 快閃存儲器件的制造工藝中，下面結(jié)合附圖，詳細描述其形成過程，所述附 圖為沿快閃存儲器件字線方向即沿著存儲單元溝道寬度方向的截面。如圖4所示，在半導體襯底200中預先形成有STI溝槽，所述STI溝槽將半 導體襯底200分為有源區(qū)和隔離區(qū)，在半導體襯底200上有源區(qū)內(nèi)依次還形 成有柵氧化層202、柵極層204和阻擋層206。在STI溝槽內(nèi)形成有絕緣介質(zhì) 層208，所述絕緣介質(zhì)層208與阻擋層206齊平，所述絕緣介質(zhì)層208作為本實施例中的基底。在本實施例中，所述柵氧化層202的材料可以為二氧化硅，柵極層204 的材料可以為多晶硅，阻擋層206的材料可以為氮化硅，絕緣介質(zhì)層208的 材料可以為二氧化硅。如圖5所示，以阻擋層206為掩膜，刻蝕STI溝槽中的絕緣介質(zhì)層208至 所需深度，在STI溝槽中形成第一類溝槽210,其底部位于絕緣介質(zhì)層208中。在本實施例中，所述形成第一類溝槽210的方法可以為濕法刻蝕法，所用 的刻蝕溶液可以為緩沖氧化物刻蝕劑(Buffer Oxide Etchant, BOE),包括HF 和NH4F，所述HF: NH4F: 1120的體積比可以為1: 7: 130,所述刻蝕時間可 以為5分鐘。如圖6所示，用干法刻蝕法繼續(xù)刻蝕第一類溝槽210 (如圖5所示)中的絕 緣介質(zhì)層208;所述刻蝕氣體可以包括0^8、 C4F6、 C5F8、 CH2F2、 CsFk)或者其 任意組合，所述刻蝕氣體還可以包括HBr、 N2或者Ar等輔助刻蝕氣體，各種刻 蝕氣體的流量可以為20 200sccm,刻蝕的電離功率可以為500 1000W，刻蝕 的溫度可以為20 60。C。在刻蝕過程中，刻蝕氣體與絕緣介質(zhì)層208發(fā)生反應，生成聚合物。通過 控制刻蝕氣體的流量，可以控制生成的聚合物的多少。在刻蝕氣體自上而下 刻蝕第一類溝槽210內(nèi)的絕緣介質(zhì)層208的時候，由于第一類溝槽210的中間處 較之于第一類溝槽210的兩側(cè)側(cè)壁處更開闊，因此聚合物相對不容易在第一類 溝槽210的中間處堆積，即使有部分形成聚合物的材料堆積于此，也會易于被 刻蝕移除掉。因此，在刻蝕絕緣介質(zhì)層208的時候，刻蝕氣體與絕緣介質(zhì)層208 的反應生成物主要在第一類溝槽210的位置兩側(cè)側(cè)壁處堆積形成側(cè)墻212,作 為刻蝕形成第二類溝槽的硬掩膜。在本實施例中，所述原位形成的聚合物包含C、 F、 O和Si等元素；所述側(cè) 墻212的厚度可以為50埃 400埃，與刻蝕時間、氣體配比等因素都有關(guān)系。在本實施例中，所述側(cè)墻212的厚度具體例如50埃、IOO埃、150埃、200 埃、250埃、300埃、350?；蛘?00埃等，優(yōu)選200埃。
以阻擋層206和側(cè)墻212為掩膜，繼續(xù)刻蝕絕緣介質(zhì)層208至所需深度，形 成第二類溝槽216,所述第二類溝槽216的寬度小于第一類溝槽210的寬度。
如圖7所示，去除側(cè)墻212;所述去除側(cè)墻212的方法可以為灰化法和濕法 清洗法，所用的灰化氣體可以為氧氣，所用的時間可以為1 5分鐘；然后用濕 法清洗法去除掉灰化過程中生成的殘留物。
在本實施例中，所述灰化的時間具體例如l分鐘、2分鐘、3分鐘、4分鐘 或者5分鐘，優(yōu)選2分鐘。
如圖8所示，去除阻擋層206,形成本實施例中所需要的半導體結(jié)構(gòu)，所 述去除阻擋層206的方法為濕法刻蝕法，所用的刻蝕溶液為氫氟酸或者磷酸， 所用的時間為20分鐘，所用的溶液溫度為140 170。C,優(yōu)選16(TC。
圖9至圖13是本發(fā)明的另一個實施例的形成溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié) 構(gòu)屬于特殊制程結(jié)構(gòu)，形狀與雙鑲嵌結(jié)構(gòu)類似，可以稱作類雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其
具體用途取決于實際的器件。下面結(jié)合附圖，詳細描述其形成過程。如圖9所 示，提供半導體襯底300,所述半導體襯底300上形成有層間介質(zhì)層(ILD)302, 所述層間介質(zhì)層302可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、非摻雜硅玻 璃(USG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)或者低介電常數(shù)材料，所述層間介質(zhì) 層302作為本實施例中的基底。
如圖10所示，在層間介質(zhì)層302上形成光刻膠層304,圖案化光刻膠層304, 定義出第一類溝槽(Trench)的位置。以光刻膠層304為掩膜，刻蝕層間介質(zhì) 層302至所需深度，形成第一類溝槽306;所述刻蝕方法可以為干法刻蝕法或 者濕法刻蝕法。
如圖ll所示，去除光刻膠層304。如圖12所示，用干法刻蝕法繼續(xù)刻蝕第一類溝槽306 (如圖ll所示)中的 層間介質(zhì)層302;所述刻蝕氣體可以包括C4Fs、 C4F6、 C5F8、 CH2F2、 QFk)或者 其任意組合，所述刻蝕氣體還可以包括HBr、 N2或者Ar等輔助刻蝕氣體，各種 刻蝕氣體的流量可以為20 200sccm,刻蝕的電離功率可以為500 1000W,刻 蝕的溫度可以為20-60 °C 。
在刻蝕過程中，刻蝕氣體與層間介質(zhì)層302發(fā)生反應，生成聚合物。通過 控制刻蝕氣體的流量，可以控制生成的聚合物的多少。在刻蝕氣體自上而下 刻蝕第 一類溝槽306內(nèi)的層間介質(zhì)層302的時候，由于第 一類溝槽306的中間處 較之于第一類溝槽306的兩側(cè)側(cè)壁處更開闊，因此聚合物相對不容易在第一類 溝槽306的中間處堆積，即使有部分形成聚合物的材料堆積于此，也會易于被 刻蝕移除掉。因此，在刻蝕層間介質(zhì)層302的時候，刻蝕氣體與層間介質(zhì)層302 的反應生成物主要在第一類溝槽306的位置兩側(cè)側(cè)壁處堆積形成側(cè)墻308，作 為刻蝕形成第二類溝槽的硬掩膜。
在本實施例中，所述原位形成的聚合物包含C、 F、 O和Si等元素；所述側(cè) 墻308的厚度可以為50埃 400埃，與刻蝕時間、氣體配比等因素都有關(guān)系。
在本實施例中，所述側(cè)墻308的厚度具體例如50埃、IOO埃、150埃、200 埃、250埃、300埃、350埃或者400埃等，優(yōu)選200埃。
以側(cè)墻308為掩膜，繼續(xù)刻蝕層間介質(zhì)層302至所需深度，形成第二類溝 槽310，所述第二類溝槽310的寬度小于第一類溝槽30的寬度。
如圖13所示，去除側(cè)墻308，形成所需要的半導體特殊制程類雙鑲嵌結(jié)構(gòu)； 所述去除側(cè)墻308的方法可以為灰化法和濕法清洗法，所用的灰化氣體可以為 氧氣，所用的時間可以為1 5分鐘；然后用濕法清洗法去除掉灰化過程中生成 的殘留物。
在本實施例中，所述灰化的時間具體例如l分鐘、2分鐘、3分鐘、4分鐘 或者5分鐘，優(yōu)選2分鐘。本發(fā)明的優(yōu)點在于在整個溝槽的形成過程中，用干法刻蝕法刻蝕第一類 溝槽中的基底，在刻蝕過程中在第一類溝槽的兩側(cè)側(cè)壁處由刻蝕氣體與基底 的反應生成物原位形成作為刻蝕形成第二類溝槽的掩膜側(cè)墻。本發(fā)明減少了 半導體制造工藝步驟、縮短了整個溝槽的形成所花費的時間，提高了整個半 導體制造過程的效率，優(yōu)化了工藝過程。
本發(fā)明采用包含C4Fs、 C4F6、 C5F8、 CH2F2、 (:^1()或者其任意組合的刻蝕 氣體，以形成第二類溝槽。在刻蝕溝槽的過程中，與基底發(fā)生反應原位形成 作為刻蝕形成第二類溝槽的掩膜側(cè)墻。本發(fā)明減少了半導體制造工藝步驟、 縮短了整個溝槽的形成所花費的時間，提高了整個半導體制造過程的效率， 優(yōu)化了工藝過程。
本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和 修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種溝槽的形成方法，其特征在于，包括提供第一類溝槽，所述第一類溝槽形成于基底內(nèi)；刻蝕第一類溝槽中的基底，在刻蝕過程中刻蝕氣體與基底發(fā)生反應，在第一類溝槽的兩側(cè)側(cè)壁處原位形成側(cè)墻；以側(cè)墻為掩膜，繼續(xù)刻蝕基底至所需深度，形成第二類溝槽；去除所述側(cè)墻。
2.提供第一類溝槽，所述第一類溝槽形成于基底內(nèi)；
3.刻蝕第一類溝槽中的基底，在刻蝕過程中刻蝕氣體與基底發(fā)生反應，在
4.第一類溝槽的兩側(cè)側(cè)壁處原位形成側(cè)墻； 以側(cè)墻為掩膜，繼續(xù)刻蝕基底至所需深度，形成第二類溝槽；去除所述側(cè)墻。根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述干法刻蝕氣 體包括C4Fs、 C4F6、 C5F8、 CH2F2、 CsFn)或者其任意組合。 根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述干法刻蝕氣 體還包括HBr、 N2或者Ar等輔助刻蝕氣體。根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述側(cè)墻的材料 為聚合物，所述聚合物包含C、 F、 O和Si等元素。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述聚合物的厚 度為50~400埃。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述基底為淺溝 槽隔離結(jié)構(gòu)填充物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述基底為層間 介質(zhì)層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述去除側(cè)墻的 方法為灰化法和濕法清洗法。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述灰化氣體為 氧氣。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述形成第一類 溝槽的刻蝕溶液包括HF或者NH4F 。
全文摘要
一種溝槽的形成方法，包括提供第一類溝槽，所述第一類溝槽形成于基底內(nèi)；刻蝕第一類溝槽中的基底，在刻蝕過程中刻蝕氣體與基底發(fā)生反應，在第一類溝槽的兩側(cè)側(cè)壁處原位形成側(cè)墻；以側(cè)墻為掩膜，繼續(xù)刻蝕基底至所需深度，形成第二類溝槽；去除所述側(cè)墻。本發(fā)明在干法刻蝕第一類溝槽中的基底的過程中，在第一類溝槽的兩側(cè)側(cè)壁處由刻蝕氣體與基底的反應生成物原位形成聚合物側(cè)墻，代替了在第二類溝槽刻蝕之前在第一類溝槽的兩側(cè)側(cè)壁處形成的多層介質(zhì)層側(cè)墻，作為繼續(xù)刻蝕第二類溝槽的硬掩膜，提高了半導體制造過程的效率，優(yōu)化了工藝過程。
文檔編號H01L21/00GK101599419SQ20081011431
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者蕓 楊, 洪中山 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司